Meer waterstof en betere brandstofcellen: Een nieuwe kijk op de basis

Wanneer een watermolecuul een proton afgeeft, wordt het hydroxide. Zo'n proton neemt echter graag een elektron mee. En een proton samen met een elektron is uiteindelijk waterstof, de stof die wordt beschouwd als een belangrijk onderdeel van emissiearme en milieuvriendelijke energieproductie.

Deze waterelektrolyse, de reactie die het splitsen van water in zuurstof en waterstof beschrijft, heeft nu enkele nieuwe bevindingen opgeleverd.

De reactiesnelheid waarmee protonen en dus ook elektronen worden uitgewisseld, werd onderzocht. Deze processen zijn net zo cruciaal voor het gebruik van groene elektriciteit om waterstof te produceren als voor de omzetting van waterstof in elektriciteit binnen een brandstofcel.

Zelfs batterijen en accu's werken fundamenteel volgens dit principe. Positief (protonen) en negatief (elektronen) geladen deeltjes worden uitgewisseld, waarbij ze zich elk aan één kant concentreren en zo een potentiaal- of spanningsverschil creëren. Er vloeit stroom.

Tegen de verwachting in gedragen de twee deeltjes die gevormd worden uit twee watermoleculen zich heel verschillend. Volgens onderzoek aan het MIT houden positief geladen hydronium en negatief geladen hydroxide in evenwicht de reactie niet in evenwicht.

In plaats daarvan vindt de uitwisseling heen en weer even snel plaats wanneer de pH van de oplossing 10 is. Dit betekent dat hydroxide een miljoen keer vaker voorkomt dan hydronium. Alleen dan vindt de uitwisseling van protonen en elektronen gelijktijdig plaats.

"Onze bevinding is echt onthullend, omdat het betekent dat de veronderstelling die mensen gebruiken om alles te analyseren, van brandstofcelkatalyse tot waterstofevolutie, misschien iets is dat we moeten herzien", zegt Yogesh Surendranath, hoofdauteur van het onderzoek.

Er is dus een goede kans dat veel fundamentele processen van energieopwekking met behulp van chemische reacties in brandstofcellen, batterijen of accu's in de nabije toekomst enkele opwindende innovaties zullen ondergaan.